一種基于聚氨基酸分子交聯水凝膠及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及聚氨基酸技術領域，具體涉及一種基于聚氨基酸分子交聯水凝膠及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 材料科學與生命科學的交叉，推動了生物材料的迅猛發展。水凝膠（Hydrogel)是 以水為分散介質的凝膠。具有網狀交聯結構的水溶性高分子中引入一部分疏水基團和親水 殘基，親水殘基與水分子結合，將水分子連接在網狀內部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯聚合 物。是一種高分子網絡體系，性質柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水，且吸水后具有 一定的柔軟和彈性，它是由親水性三維網狀結構與大量水構成的獨特分散體系，能夠在水 中溶脹而不溶解。
[0003] 水凝膠有各種分類方法，根據水凝膠網絡鍵合的不同，可分為物理凝膠和化學凝 膠。物理凝膠是通過物理作用力如靜電作用、氫鍵、鏈的纏繞等形成的，這種凝膠是非永久 性的，通過加熱凝膠可轉變為溶液，所以也被稱為假凝膠或熱可逆凝膠。許多天然高分子在 常溫下呈穩定的凝膠態，如k2型角叉菜膠、瓊脂等；在合成聚合物中，聚乙烯醇（PVA)是一 典型的例子，經過冰凍融化處理，可得到在60°C以下穩定的水凝膠。化學凝膠是由化學鍵交 聯形成的三維網絡聚合物，是永久性的，又稱為真凝膠。
[0004] 水凝膠作為一種高吸水高保水材料，被廣泛用于多種領域，如：干旱地區的抗旱， 在化妝品中的面膜、退熱貼、鎮痛貼、農用薄膜、建筑中的結露防止劑、調濕劑、石油化工中 的堵水調劑，原油或成品油的脫水，在礦業中的抑塵劑，食品中的保鮮劑、增稠劑，醫療中的 藥物載體等等。值得注意的是，不同的應用領域應該選用不同的高分子原料，以滿足不同的 需求。
[0005] 多數軟組織就是由蛋白質和聚糖等生物高分子組成的水凝膠，因此，水凝膠在生 物醫學領域，特別是藥物釋放，組織工程，再生醫學，生物傳感器，柔性促動器以及人工細胞 外基質等方面具有廣泛的應用前景。大部分傳統的合成水凝膠力學強度較弱且韌性不足， 這些缺陷妨礙了其進一步用，目前主要應用于對力學強度要求不高的領域，如藥物控釋和 吸水材料等。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種基于聚氨基酸分子交聯水凝膠，同 時本發明的另一個目的是提供一種基于聚氨基酸分子交聯水凝膠的制備方法。
[0007] 為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：
[0008] -種基于聚氨基酸分子交聯水凝膠，所述水凝膠的交聯劑為聚氨基酸。
[0009] -種基于聚氨基酸分子交聯水凝膠的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (1)采用γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯和三光氣進行反應，得到N-羧基-環內酸酐 化合物（NCA);
[0011] 合成路線如下：
[0012]
[0013] 采用γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯和三光氣溶于溶劑中反應，反應結束后，用旋轉蒸 發儀除去溶劑，將粗產品通過重結晶純化，減壓蒸餾得到最終產品；
[0014] (2)在引發劑作用下，所述Ν-羧基-環內酸酐化合物進行開環聚合反應，得到聚 (γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯）（PBLG);
[0015] 將NCA和引發劑在溶于溶劑中，并在一定溫度和惰性氣體保護條件下進行反應， 反應結束后，將溶液減壓蒸餾除去溶劑，接著將濃縮后的溶液在不良溶劑中沉淀，通過離心 分離得到固體，真空烘干得到最終產物白色固體。合成路線如下：
[0016]
[0017] 所述的惰性氣體指的是不參與反應的氣體，下列氣體尤其適合惰性氣體：氮氣，二 氧化碳，氦氣，氖氣和氬氣；
[0018] (3)將所述聚（γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯）與3-氨基丙醇發生氨解反應，得到聚 (氮5_ (3-羥基丙基）L-谷氨酰胺）（PHPG);
[0019] 先將PBLG溶于3-氨基丙醇，進行反應，反應結束后，將溶液加入不良溶劑中沉淀 出來，離心分離法得到固體，真空烘干得到最終產物白色固體。合成路線如下：
[0020]
[0021] 所述的不良溶劑是乙醚；離心機轉速是9000轉/分鐘；
[0022] (4)將所述聚（氮5_ (3-羥基丙基）L-谷氨酰胺）與丙烯酰氯反應，得到聚氨基酸 非咼子型大分子交聯劑。
[0023] 將PHPG溶于溶劑中，加入酸吸附劑，在冰水浴條件下慢慢滴加丙烯酰氯，室溫反 應是3小時。反應結束后，通過減壓蒸餾除去溶劑，然后將濃縮后的溶液于不良溶劑中沉淀 出來，離心分離，真空干燥得到白色固體。合成路線如下：
[0024]
[0025] 酸吸附劑為三乙胺，酸吸附劑和PHPG的摩爾比為1:1 ;所述的不良溶劑是乙醚，所 述的離心機轉速是9000轉/分鐘。η為30-500的整數，X和y分別為重復單元在無規共聚 物中的比例，x+y= 1。
[0026] (5)將所述聚氨基酸非離子型大分子交聯劑與丙烯酸鈉溶液混合均勻，加入引發 劑和光促進劑，反應后即得到所述基于聚氨基酸分子交聯水凝膠。
[0027] 具體過程如下：
[0028] 在冰水浴中，向丙烯酸水溶液中加入氫氧化鈉，攪拌，然后將交聯劑雙鍵功能化的 非離子型聚氨基酸加入溶液中，攪拌，將過硫酸銨和N，N，N，N-四甲基乙二胺分別加到混合 液中，攪拌均勻之后，將混合液倒入模具當中，25°C下反應2小時。
[0029] 所述丙烯酸溶液是由5g丙烯酸和20ml去離子水組成，所述丙烯酸使用前經過純 化，所述堿是氫氧化物，作為優選，所述的堿是氫氧化鈉。
[0030] 作為優選，步驟（1)中，所述γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯與三光氣的摩爾比為 1:0. 30~0, 50 〇
[0031] 作為優選，步驟（1)所述反應的溶劑為四氫呋喃、乙酸乙酯或二氯甲烷；所述反應 的溫度為35-55°C;反應時間為4-6小時。
[0032] 作為優選，步驟（2)中開環聚合反應的引發劑為伯胺、仲胺、叔胺或六甲基二硅 胺，開環聚合反應的溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃或二氧六環。
[0033] 伯胺、仲胺、叔胺或六甲基二硅胺；伯胺全部都可以，具體可以是正己胺、芐胺；
[0034] 同理，仲胺可以是二乙胺；叔胺可以是三乙胺，六甲基二硅胺。
[0035] 作為優選，步驟（2)開環聚合反應中引發劑和N-羧基-環內酸酐化合物的摩爾比 為 1:50-200。
[0036] 作為優選，步驟（2)中開環聚合反應的溫度為20_50°C，開環聚合反應的時間為 24-36小時。
[0037] 作為優選，上述的制備方法中，步驟（3)所述聚（γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯）與 3_氨基丙醇的摩爾比可為1: (10-30)，步驟（3)的反應溫度為50-80°C，反應時間為12-36 小時。
[0038] 作為優選，步驟（4)反應用溶劑為四氫呋喃或二氯甲烷；反應溫度為-5_5°C;反 應時間為2-5小時；聚（氮5-(3-羥基丙基）L-谷氨酰胺）與丙烯酰氯的摩爾的量比為1: 0. 2_2〇
[0039] 作為優選，步驟（4)中產物X為0·5-1。
[0040] 本發明的交聯劑首先采用三光氣和γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯合成NCA;然后NCA 在引發劑的作用下開環聚合，合成聚谷氨酸芐酯；再在3-氨基丙醇溶液中聚谷氨酸芐酯胺 解得到聚谷氨酸，聚谷氨酸功能化引入雙鍵等官能團。
[0041] 本發明提供的制備方法的原料來源廣泛，可以從現有的商業途徑獲得，成本低廉， 合成方法簡單易行；將雙鍵引入到α螺旋聚氨基酸分子中，多氫鍵的協同作用使得這種超 分子作用力不容小覷，在不破壞其共價鍵的情況下，拉伸α螺旋多肽，其氫鍵具有可逆性， 可用于制備高強度可回復的水凝膠。聚氨基酸是具有良好生物相容性的聚合物，采用該材 料合成的水凝膠，其生物相容性相比于單組份聚丙烯酸水凝膠有顯著提高，可以作為生物 體組織工程和修復支架材料等。
[0042] 本發明與現有技術相比，有益效果是：本發明制備得到的大分子交聯劑為聚氨基 酸非離子型大分子交聯劑，這種交聯劑具有生物相容性和多重氫鍵，在用于制備水凝膠過 程中能夠增強水凝膠的